(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械上のワークにリング状のキャリブレーション治具を設置し、前記キャリブレーション治具の円形状を画面中央に配置したカメラの光軸を前記工作機械の座標系のうちの１軸に並行に合せると共に前記カメラの水平方向乃至垂直方向を前記工作機械の前記１軸以外の軸方向に合わせた当該カメラで前記キャリブレーション治具を撮影し、前記カメラで撮影された画像中における前記治具の円周形状を輪郭として抽出し、前記輪郭から前記画像中における前記治具の中心位置を計算する一方、前記カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、前記カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０として、前記画像中における前記治具の中心位置及び既知の前記治具の三次元中心位置に基づいて、キャリブレーションの外部パラメータである並進移動量を算出することを特徴とするカメラ計測システムのキャリブレーション方法。
【請求項２】
工作機械上のワークにリング状のキャリブレーション治具を設置し、前記キャリブレーション治具の円形状を画面中央に配置したカメラを前記工作機械の座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って平行移動させながら当該カメラで前記キャリブレーション治具を数枚撮影し、前記カメラで撮影された画像中における前記治具の円周形状を輪郭として抽出し、前記輪郭から前記画像中における前記治具の中心位置を計算する一方、前記カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、前記カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０として、前記画像中における前記治具の中心位置及び既知の前記治具の三次元中心位置に基づいて、キャリブレーションの外部パラメータである回転角度及び並進移動量を算出することを特徴とするカメラ計測システムのキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ計測システムのキャリブレーション方法に関する。詳しくは、工作機械全般において、穴形状（穴中心位置）を計測するシステムに適用されるキャリブレーション方法である。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラを用いた計測システムが利用されてきているが、精度良く計測を行うためにはカメラのキャリブレーションが必要である。カメラのキャリブレーションにおいては、一般的には３×４の射影行列［数７］の式(14)の１２個の要素を決定する必要がある。
また、OpenCV（非特許文献１）などで使用されているZ.Zhang（非特許文献２）のキャリブレーション手法では、カメラ内部パラメータとして９個（カメラ内部のキャリブレーションパラメータ４個と歪み補正パラメータ５個）を決定する必要がある。更にカメラ外部パラメータとして６個（並進３個と回転３個：カメラ位置キャリブレーション）のパラメータを決定する必要がある。
【０００３】
キャリブレーション用の治具としては、特許文献１（“キャリブレーション用の校正治具および校正治具を備えた画像計測システム”）に記載されているように以下の関連特許が出されている。
特許文献２：“画像処理測定機用の倍率校正プレート”
特許文献３：“ゲージ並びに該ゲージを用いた寸法校正装置及び寸法校正方法”
特許文献４：“キャリブレーション装置”
特許文献５：“画像認識装置用の校正治具と画像認識装置用の校正方法”
特許文献６：“写真測量用ターゲットの基準点の算出装置、写真測量用ターゲットの基準点の算出方法及び写真測量用ターゲットの基準点の算出プログラムが格納された記録媒体”
【０００４】
また、上記特許とは別にカメラ計測におけるキャリブレーション方法と関連して以下の関連特許が出されている。
特許文献７：“平面状被撮像物のカメラ計測のためのカメラキャリブレーション方法および応用計測装置”
特許文献８：“キャリブレーション用の校正治具および校正治具を備えた画像計測システム”
特許文献９：“キャリブレーション方法およびキャリブレーション装置”
特許文献１０：  “ロボットのキャリブレーション方法およびロボット用キャリブレーション装置”
特許文献１１，１２：“ハンドアイの面直、距離および回転角設定方法”
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-139329号公報
【特許文献２】特許第3409931号公報
【特許文献３】特許第3477139号公報
【特許文献４】特許第3512092号公報
【特許文献５】特許第3575165号公報
【特許文献６】特許第3737919号公報
【特許文献７】特開2008-14940号公報
【特許文献８】特開2010-139329号公報
【特許文献９】特開2010-276603号公報
【特許文献１０】特開2011-177845号公報
【特許文献１１】特開平4-365585号公報
【特許文献１２】特許第2568005号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】http://opencv.jp/opencv-2svn/cpp/calib3d_camera_calibration_and_3d_reconstruction.html
【非特許文献２】http://opencv.jp/sample_calibration.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許の記載内容では、キャリブレーション治具の作成が困難であったり、また、以下の通り、キャリブレーション方法が煩雑であるといった問題点がある。
＜キャリブレーションの計算式＞
各座標系での座標位置を以下の通りとする。
【０００８】
【数１】
0005832278.tif 000002
【０００９】
先ず、カメラの内部パラメータについて説明する。図４より、画像平面に投影される点の座標の関係は以下の通りとなる。
【００１０】
【数２】
0005832278.tif 000003
【００１１】
従って、カメラ座標と画像平面座標との関係式は次式と表せる。
【００１２】
【数３】
0005832278.tif 000004
【００１３】
ここで、ｋx＝−１/ｓx、ｋy＝−１/ｓyであり、ｓx、ｓyは画素サイズであり、焦点ｆと主点のズレ（ｃx，ｃy）は内部パラメータである。また、実際に求める必要がある内部パラメータとしては、（ｋx，ｋy，ｃx，ｃy）の４個である。従って、内部パラメータとして導出するパラメータ、歪み補正関連のパラメータ５個（ｋ1，ｋ2，ｋ3，ｐ1，ｐ2）と合せて９個になる。
尚、カメラ内部のパラメータとしては、放射方向歪み補正係数（ｋ1，ｋ2，ｋ3）と接線方向歪み補正係数（ｐ1，ｐ2）があり、これら内部パラメータもキャリブレーションにより導出する。
【００１４】
【数４】
0005832278.tif 000005
【００１５】
また、ワールド座標とカメラ座標の関係は次式となる。
【００１６】
【数５】
0005832278.tif 000006
【００１７】
【数６】
0005832278.tif 000007
【００１８】
従って、外部パラメータとしては、(θx，θy，θz，tx，ty，tz)の6個のパラメータを決定すればよいことになる。以上より、ワールド座標を画像平面に投影する式は下式となる。
【００１９】
【数７】
0005832278.tif 000008
【００２０】
参考のために、キャリブレーションで得られるパラメータの詳細について示す。図５（ａ）に模式図で示す通り、デジタルカメラにおいては、センサ１０の前方にレンズ２０が配置されている。
（１）焦点距離ｆ（ｍｍ）
焦点距離ｆ（ｍｍ）は、図５（ｂ）に示す通り、レンズ２０からの入射光が一堂に集まる点（主点）と、センサ１０の中心との間の距離である。
（２）主点のズレｘp，ｙp（ｍｍ）
主点のズレｘp，ｙp（ｍｍ）は、図５（ｃ）に示す通り、カメラ製造時に生じる主点とセンサ中心位置とのズレ量である。ｘｙ平面の平行移動量として、二つのパラメータで表される。
【００２１】
（３）放射方向歪み補正係数ｋ1，ｋ2，ｋ3
図６（ａ）に示す通り、カメラのレンズ２０は凸レンズであるため、入射光は屈折してセンサ１０上では異なる位置に投影される。これが原因で図６（ｂ）のように発生する歪を三つの係数ｋ1，ｋ2，ｋ3により補正するものである。図６（ｂ）においては、歪補正前の画直が実線で示され、歪補正後の正しい投影位置が破線で示されている。
（４）接線方向歪み補正係数ｐ1，ｐ2
図６（ｃ）に示すように、主点のズレと同様カメラの製造に起因するもので、レンズ２０とセンサ１０が平行ではないために図６（ｄ）のように歪が生じる。このような歪を二つの係数ｐ1，ｐ2により補正するものである。図６（ｄ）においては、歪補正前の画直が実線で示され、歪補正後の正しい投影位置が破線で示されている。
【００２２】
＜カメラの内部パラメータの導出方法＞
カメラの内部パラメータを導出するためには、図７に示す格子模様（市松模様）のキャリブレーションボード１１又は図８に示す円形状模様のキャリブレーションボード１２を使用していた。
【００２３】
1)図９（ａ）〜（ｅ）に示すように、カメラの前でキャリブレーションボード１１を移動・回転させて、１０枚程度の画像を取得する。ここでは、図７に示す格子模様のキャリブレーションボード１１を使用した。図９（ａ）〜（ｅ）の各図中左側は、カメラ３０に対するキャリブレーションボードの移動・回転を示し、図中右側はカメラ３０により撮影された画像を示すものである。
2)各取得画像より、図１０中に示すように格子模様の交点（図中、×を入れて示す）を特徴点として抽出する。
【００２４】
3)各画像の特徴点の位置情報から、最小二乗法等の手法を利用して、カメラ３０の内部パラメータ（焦点距離：(f×kx，f×ky)、主点のズレ：(cx，cy)、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)を導出する。
4)キャリブレーションによる画像の補正
上記処理により算出したカメラ内部パラメータを使用して、図１１（ａ）に示す取得画像を同図（ｂ）に示すように補正する。
【００２５】
＜カメラの外部パラメータの導出方法＞
1)カメラを工作機械に搭載した後に、テーブル上にキャリブレーションボードを設置する。更に、３項で示すように座標位置が既知のポイントの機械座標を測定する。
2)図１２に示すように、カメラ３０の位置をX，Y，Z軸方向に移動させて、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すようにキャリブレーションボード１１について複数枚の画像を取得する。図１３（ａ）はキャリブレーションボード１１を全画面に、図１３（ｂ）は画像右上部に、図１３（ｃ）は画像左下部に、図１３（ｄ）は画像中央部に、撮影したものである。
【００２６】
3)各取得画像より、図１４中×印で示す特徴点と図１４中○印で示す座標位置が既知のポイントを抽出する。×印は、格子模様の交点と同じ数、即ち、７×１０(＝７０)箇所とした。また、○印は画像中の右下、右上、左上、左下の４箇所とした。
4)各画像の特徴点、及び、座標位置が既知にポイントの位置情報から、最小二乗法等の手法を利用して、カメラの外部パラメータ（カメラの並進移動量(tx，ty，tz)、カメラの回転移動角度：(θx，θy，θz)）を導出する。
【００２７】
このように従来では、カメラ３０の内部パラメータ（焦点距離：(f×kx，f×ky)、主点のズレ：(cx，cy)、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)、カメラの外部パラメータ（カメラの並進移動量(tx，ty，tz)、カメラの回転移動角度：(θx，θy，θz)）を導出する必要が有り、キャリブレーション方法が煩雑であるといった問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るカメラ計測システムのキャリブレーション方法は、工作機械上のワークにリング状のキャリブレーション治具を設置し、前記キャリブレーション治具の円形状を画面中央に配置したカメラの光軸を前記工作機械の座標系のうちの１軸に並行に合せると共に前記カメラの水平方向乃至垂直方向を前記工作機械の前記１軸以外の軸方向に合わせた当該カメラで前記キャリブレーション治具を撮影し、前記カメラで撮影された画像中における前記治具の円周形状を輪郭として抽出し、前記輪郭から前記画像中における前記治具の中心位置を計算する一方、前記カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、前記カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０として、前記画像中における前記治具の中心位置及び既知の前記治具の三次元中心位置に基づいて、キャリブレーションの外部パラメータである並進移動量を算出することを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るカメラ計測システムのキャリブレーション方法は、工作機械上のワークにリング状のキャリブレーション治具を設置し、前記キャリブレーション治具の円形状を画面中央に配置したカメラを前記工作機械の座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って平行移動させながら当該カメラで前記キャリブレーション治具を数枚撮影し、前記カメラで撮影された画像中における前記治具の円周形状を輪郭として抽出し、前記輪郭から前記画像中における前記治具の中心位置を計算する一方、前記カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、前記カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０として、前記画像中における前記治具の中心位置及び既知の前記治具の三次元中心位置に基づいて、キャリブレーションの外部パラメータである回転角度及び並進移動量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、リング状のキャリブレーション治具を使用するので、キャリブレーション治具の作成が容易に行えると共にキャリブレーション治具の取付け・設置が容易に行える。
また、カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０とするので、簡単な方法でキャリブレーションが行える。
また、本発明では、カメラを取付ける際に、カメラの光軸を工作機械の座標系（以下、機械座標と言う）のある１軸に並行に合わせ、更にカメラの水平方向乃至垂直方向を機械座標の１軸以外に合せれば、外部パラメータである回転系のパラメータ３個の調整を不要にする。
更に、カメラの座標系を機械座標系と無関係にして、外部パラメータである回転系のパラメータ３個を求めても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（ａ）は本発明に係るキャリブレーション治具のカメラによる計測を示す斜視図、図１（ｂ）は本発明に係る画像による円周の輪郭抽出及び輪郭抽出した円周形状により計算された中心位置の説明図である。
【図２】従来技術に係るタッチセンサによる穴中心位置計測の斜視図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は油圧ショベルのブームの正面を示す斜視図、裏面を示す斜視図、図３（ｃ）は同図（ａ）（ｂ）中の破線で囲んで示す部分の拡大斜視図である。
【図４】焦点位置と主点のズレを示す説明図である。
【図５】図５（ａ）はデジタルカメラの模式図、図５（ｂ）は焦点距離の説明図、図５（ｃ）は主点のズレの説明図である。
【図６】図６（ａ）は放射方向歪み補正係数の説明図、図６（ｂ）は放射方向歪み補正前後の画像を示す説明図、図６（ｃ）は接線方向歪み補正係数の説明図、図６（ｄ）は接線方向歪み補正前後の画像を示す説明図である。
【図７】格子模様のキャリブレーションボードの斜視図である。
【図８】円形状模様のキャリブレーションボードの斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ内部パラメータ導出に必要な画像取得の様子及び取得された画像の説明図である。
【図１０】取得された画像から特徴点の抽出を示す説明図である。
【図１１】図１１（ａ）はキャリブレーション前のキャリブレーションボードの画像の説明図、図１１（ｂ）はキャリブレーション後のキャリブレーションボードの画像の説明図である。
【図１２】外部パラメータ導出に必要な画像取得方法の説明図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、いずれも外部パラメータ導出に使用する画像の説明図である。
【図１４】取得画像から特徴点の抽出を示す説明図である。
【図１５】本発明におけるキャリブレーション治具に対するカメラの配置を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施例３に係るキャリブレーション方法を実施するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明では、図１（ａ）に示すように、リング状のキャリブレーション治具１をカメラ２で撮影し、図１（ｂ）に示すように、撮影された画像中の円周の輪郭（図中、一点鎖線で示す）１ａを抽出し、抽出された円周形状の輪郭１ａより、キャリブレーション治具１の中心位置１ｂを計算により求める。
【００３３】
リング状のキャリブレーション治具１としては、例えば、図３に示すように油圧ショベルのブーム３に設けられる円筒部材３ａを使用することができる。
【００３４】
ここで、油圧ショベルのブーム３は、建設機械の加工用に使用される対向機（コラム移動型の対向型中ぐりフライス盤、テーブル移動型の対向型横中ぐりフライス盤など）で同時に両側から加工されるものであり、従来では、図２に示すように、タッチセンサ４を円筒部材３ａの内周面に沿って４カ所測定することにより、中心位置を測定していたが、計測作業が煩雑であるという不具合があった。
【００３５】
本発明では、リング状のキャリブレーション治具１を使用し、作成や取り付けが複雑な図７及び図８に示すキャリブレーションボードは使用しないものとした。尚、リング状のキャリブレーション治具１としては、油圧ショベルのブーム３に設けられる円筒部材３ａのように、軸が貫通する穴であっても、貫通しない穴であっても何れも使用可能である。
【００３６】
本発明では、カメラ２により撮影されるのはリング状のキャリブレーション治具１であり、測定形状を穴形状に限定することで、カメラキャリブレーションを省略する。即ち、カメラの接線方向歪み補正係数及び放射方向歪み補正係数を全て無視して０とし、カメラの主点のズレはカメラの並進移動量に包含するものとして全て０とする。
上述した通り、カメラキャリブレーションは主にレンズ歪みなどの補正のため、カメラの内部パラメータを導出するものであるが、被測定物を円形状とし、更に中心位置を測定する場合にはキャリブレーションの影響は出難いために省略しても問題ない。
【００３７】
また、本発明では、カメラ２を取付ける際に、カメラ２の光軸を機械座標のＺ軸に並行に合わせ、更にカメラ２の直角・平行を機械座標のＸＹ軸に合せれば、カメラ位置キャリブレーションの回転系のパラメータ３個の調整を不要にすることができる。
このように、カメラ２の座標系と機械座標系とを特定の関係とすることにより、カメラ外部パラメータ(θx，θy，θz，tx，ty，tz)のうち、θx=0、θy=0、θz=0、となるので、求めるべきパラメータとしては、並進移動量(tx，ty，tz)の三つとなる。
【００３８】
しかも、tzが既知であれば、求めるべき未知のパラメータは、(tx，ty)だけとなる。
ここで、キャリブレーション治具１の画像中における中心位置１ｂが求められているので、中心位置が既知であるキャリブレーションリングの中心位置（Xr，Yr，Zr）を使用すれば、未知のパラメータ(tx，ty)を求めることが可能である。
【００３９】
また、本発明では、カメラ２を設置する際、カメラ２の座標系を機械座標系と無関係にすると、求めるべきカメラ外部パラメータは、(θx，θy，θz，tx，ty，tz)の６つとなる。
この場合には、カメラ２を機械座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って平行移動させながらキャリブレーション治具１の画像を複数枚撮影し、カメラ２で撮影された画像中でキャリブレーション治具１の輪郭を円周形状１ａとして抽出し、円周形状１ａからキャリブレーション治具１の中心位置１ｂを計算することを繰り返して、得られたキャリブレーション治具１の画像中における中心位置１ｂを使用し、中心位置が既知であるキャリブレーション用治具１の中心位置（Xr，Yr，Zr）を使用することでカメラ外部パラメータ(θx、θy，θz，tx，ty，tz)の６つを求めることが可能である。
【００４０】
このように、本発明では、キャリブレーション治具をリング形状の治具を使用することで、カメラキャリブレーションの影響を無くすとともに、キャリブレーションの手順を簡素化することが可能となる。
【実施例１】
【００４１】
1)本発明は穴形状を測定することに限定するため、カメラの内部パラメータ（焦点距離：(f×kx，f×ky)、主点のズレ：(cx，cy)、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)）の内、
(1)カメラ、レンズでは接線方向の歪みは少ないため、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)を全て“0”として無視する。
【００４２】
(2)本計測は穴形状を測定することを目的としており、測定する穴形状を画面中央に配置して測定することで、放射方向の歪みの影響は無くなるため、本システムでは、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)を全て“0”としても問題ない。
(3)主点のズレ：(cx，cy)は、カメラの外部パラメータ（カメラの並進移動量(tx，ty，tz)に包含することで全て“0”とする。
(4)焦点距離：(f×kx，f×ky)はレンズ及びカメラの仕様で決まるため、メーカの仕    様書の数値を使用する。
以上の前提により、
【００４３】
【数８】
0005832278.tif 000009
【００４４】
また、
【００４５】
【数９】
0005832278.tif 000010
【００４６】
として、キャリブレーションを行う。即ち、図１（ａ）に示すように、リング状のキャリブレーション治具１をカメラ２で撮影し、図１（ｂ）に示すように、撮影された画像中の円周の輪郭（図中、一点鎖線で示す）１ａを抽出し、抽出された円周形状の輪郭１ａより、キャリブレーション治具１の中心位置１ｂを計算により求める。
尚、焦点距離：(f×kx，f×ky)はレンズ及びカメラの仕様で決まる既知情報である。
【００４７】
2)図１５に示すように、カメラ２の光軸を機械座標のＺ軸に合わせ、且つ、カメラ２の水平方向を機械座標のＸ軸を合せてカメラ２を設置する。また、カメラ２とキャリブレーション治具１の距離はほぼ一定とし、tz：既知とする。これにより、θx=0、θy=0、θz=0、となるため、
【００４８】
【数１０】
0005832278.tif 000011
【００４９】
【数１１】
0005832278.tif 000012
【００５０】
従って、導出するパラメータとしては、
【００５１】
【数１２】
0005832278.tif 000013
【００５２】
とのみとなり、更にtz：既知とすることで、(tx，ty)を求めれば良いことになる。
3)次に中心位置が既知であるキャリブレーションリングの中心位置（Xr，Yr，Zr）を使用することで、カメラ２で撮影したキャリブレーション治具１の画像平面上の中心位置１ｂの座標（ＵRing，ＶRing）が同一となるように(tx，ty)を算出する。
【００５３】
【数１３】
0005832278.tif 000014
【実施例２】
【００５４】
1)本発明は穴形状を測定することに限定するため、カメラの内部パラメータ（焦点距離：(f×kx，f×ky)、主点のズレ：(cx，cy)、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)）の内、
(1)カメラ、レンズでは接線方向の歪みは少ないため、接線方向歪み補正係数：(p1，p2)を全て“0”として無視する。
【００５５】
(2)本計測は穴形状を測定することを目的としており、測定する穴形状を画面中央に配置して測定することで、放射方向の歪みの影響は無くなるため、本システムでは、放射方向歪み補正係数：(k1，k2，k3)を全て“0”としても問題ない。
(3)主点のズレ：(cx，cy)は、カメラの外部パラメータ（カメラの並進移動量(tx，ty，tz)に包含することで全て“0”とする。
(4)焦点距離：(f×kx，f×ky)はレンズ及びカメラの仕様で決まるため、メーカの仕様書の数値を使用する。
以上の前提により、
【００５６】
【数１４】
0005832278.tif 000015
【００５７】
また、
【００５８】
【数１５】
0005832278.tif 000016
【００５９】
として、キャリブレーションを行う。即ち、図１（ａ）に示すように、リング状のキャリブレーション治具１をカメラ２で撮影し、図１（ｂ）に示すように、撮影された画像中の円周の輪郭（図中、一点鎖線で示す）１ａを抽出し、抽出された円周形状の輪郭１ａより、キャリブレーション治具１の中心位置１ｂを計算により求める。
尚、焦点距離：(f×kx，f×ky)はレンズ及びカメラの仕様で決まる既知情報である。
【００６０】
2)図１５に示すように、カメラ２の光軸を機械座標のＺ軸方向に大凡合わせて（一致させる必要はなし）カメラ２を設置する。尚、カメラ２の水平方向と機械座標のＸ軸方向は大凡合せておく（θx≠0，θy≠0，θz≠0）。
従って、導出する必要があるパラメータとしては、外部パラメータの(θx，θy，θz，tx，ty，tz)の6個となる。
【００６１】
【数１６】
0005832278.tif 000017
【００６２】
【数１７】
0005832278.tif 000018
【００６３】
3)次に中心位置が既知であるキャリブレーションリングの中心位置（Xr，Yr，Zr）を使用することで、(θx，θy，θz，tx，ty，tz)を導出する。
具体的には、図１５に示すよう、カメラ２を機械座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って平行移動させることで、キャリブレーション治具１を数枚撮影し、それぞれ撮影された画像中の円周の輪郭１ａを抽出し、抽出された円周形状の輪郭１ａより、それぞれキャリブレーション治具１の中心位置１ｂを計算により求める。
【００６４】
キャリブレーションリングの中心位置は既知情報であるため、計算によりそれぞれ求めたキャリブレーション治具１の位中心位置１ｂから、最小二乗法等の処理にて(θx，θy，θz，tx，ty，tz)を導出できる。
【実施例３】
【００６５】
本発明の第３の実施例を図１６に示す。図１６は、本実施例に係るキャリブレーション方法のフローチャートを示す。
先ず、図１（ａ）に示すように、キャリブレーョン用治具１の中心付近にカメラ２を位置決めする（ステップＳ１）。キャリブレーョン用治具１は、工作機械上のワーク、例えば、図３に示す油圧ショベルのブーム３に予め設置されている。カメラ２の位置は、図１５に示すように、カメラ２の座標系と機械座標系とを特定の関係としても良いし（実施例１参照）又はカメラ２の座標系と機械座標系とを無関係としても良い（実施例２参照）。
【００６６】
次に、カメラ２によりキャリブレーション用治具１の画像を取得する（ステップＳ２）。
引き続き、図１（ｂ）に示すように、カメラ２により取得された画像を画像処理して円周の輪郭１ａを抽出する（ステップＳ３）。
そして、図１（ｂ）に示すように、円周の輪郭１ａよりキャリブレーション用治具１の中心位置１ｂを算出する（ステップＳ４）。
【００６７】
その後、機械座標位置として既知であるキャリブレーション用治具１の中心位置（Xr，Yr，Zr）と、ステップＳ４で算出したキャリブレーション用治具の中心位置１ｂより、キャリブレーションパラメータの内、カメラの内部パラメータを除いて、カメラの位置キャリブレーションパラメータ（外部パラメータ）を求める（ステップＳ５）。
【００６８】
カメラ２の座標系と機械座標系とが特定の関係にある場合には、θx=0，θy=0，θz=0となるので、導出する外部パラメータとしては、並進移動量だけとなり、tz：既知とすることで、(tx，ty)だけとなるから、１枚の画像から、これらのパラメータを特定することができる。
一方、カメラ２の座標系と機械座標系とを無関係とした場合では、導出する必要があるパラメータとしては、外部パラメータの(θx，θy，θz，tx，ty，tz)の6個となるので、キャリブレーション治具１の画像を数枚撮影して、これらの外部パラメータを求めることを繰り返すことになる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、工作機械全般において、穴形状（穴中心位置）を計測するシステムに適用されるキャリブレーション方法として産業上広く利用可能なものである。
【符号の説明】
【００７０】
１  キャリブレーション用治具
１ａ  円周の輪郭
１ｂ  キャリブレーション用治具の中心位置
２  カメラ
３  油圧シャベルのブーム
３ａ  円筒部分
１０  センサ
１１,１２  キャリブレーションボード
２０  レンズ
３０  カメラ
【図１】
0005832278.tif 000019
【図２】
0005832278.tif 000020
【図３】
0005832278.tif 000021
【図４】
0005832278.tif 000022
【図５】
0005832278.tif 000023
【図６】
0005832278.tif 000024
【図７】
0005832278.tif 000025
【図８】
0005832278.tif 000026
【図９】
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【図１０】
0005832278.tif 000028
【図１１】
0005832278.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005832278.tif 000034